A Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS) ou Universal Soil Loss Equation (USLE) (WISCHMEIER e SMITH, 1978), é um modelo empírico para estimar a perda média anual de solo por erosão laminar e considera fatores naturais e antrópicos, os quais podem ser estimados e especializados a partir das geotecnologias.
A aplicação da EUPS em escalas regionais é válida para estudos qualitativos sobre erosão hídrica laminar, fornecendo uma estimativa da espacialização de áreas com maior ou menor susceptibilidade erosiva (BARBOSA et al., 2016). Deste modo, é amplamente empregada na identificação de áreas potencialmente erosivas, em uma abordagem qualitativa, com o intuito de subsidiar o planejamento ambiental (BORGES, 2009). A EUPS caracteriza-se por estabelecer estimativas de perda média anual de solo por erosão laminar (KINNELL, 2010). Conforme proposto por Wischmeier & Smith (1978), o modelo integra seis fatores do processo erosivo (Equação 1).
A = R. K. (LS). (CP) (1)
Onde:
A = perda média anual de solo por unidade de área (ton/ha.ano); R = erosividade da chuva (MJ.mm/ha.h.ano);
K = erodibilidade do solo (ton.h/MJ.mm); L = comprimento da vertente;
S = declividade da vertente; C = uso e manejo do solo; e P = práticas conservacionistas.
2.5.1. Erosividade da Chuva – Fator R
O fator erosividade (R) é o índice de erosão pelas chuvas, que expressa a capacidade de uma chuva erodir um solo desprotegido (WISCHMEIER, 1959). O processo de erosividade inicia-se pelo impacto direto da gota de chuva sobre o solo que desagregam as partículas, ou seja, os agregados. Além disso a ruptura desses agregados sela a superfície do solo e com isso diminui a taxa de infiltração, tendendo a formação de poças que poderão dar início ao escoamento superficial, influenciando no aumento da perda de solo (GUERRA; SILVA; BOTELHO, 1999).
Conforme Lombardi Neto (1977) as equações que determinam o fator R são:
𝐸𝐼30 = 89,823(𝑟2
𝑃)0,759 (2)
Onde:
EI30 - índice de erosividade média mensal (MJ.mm/ha/h) para 30 minutos de chuva, r - precipitação média mensal (mm);
P - precipitação média anual (mm).
Para determinação de R, soma-se o resultado dos valores mensais do índice de erosividade em cada estação pluviométrica:
R = ∑ EI30j
12
J=1
(3)
Onde:
R = Erosividade anual, em (MJ.mm)/(ha.h.ano);
2.5.2. Erodibilidade do solo – Fator K
O fator de erodibilidade do solo (K) representa o efeito das propriedades e características do perfil do solo na perda de solo. K está fortemente relacionado às propriedades físicas do
solo, desempenha um papel importante nas estratégias de conservação do solo (SHABANI; KUMAR; ESMAEILI, 2014) e reflete a taxa de perda de solo por índice de erosividade das chuvas (PARVEEN; KUMAR, 2012). Estas propriedades estão relacionadas a infiltração, a permeabilidade, a capacidade total de armazenamento, a resistência as forças de dispersão, salpico, abrasão e transporte pela chuva e escoamento (PAIVA; PAIVA, 2003). Essa pode ser determinada de forma direta, pela razão entre as perdas de solo e a erosividade das chuvas, sob chuva natural ou chuva simulada, e também por meio de análise de regressão linear simples entre essas duas variáveis (WISCHMEIER; SMITH, 1978). De forma indireta, a erodibilidade pode ser estimada por meio da representação gráfica com base na combinação dos atributos físicos dos solos (textura, estrutura e permeabilidade), com porcentagem de matéria orgânica (WISCHMEIER; JOHNSON; CROSS, 1971). Todas as equações para medir o fator K estão relacionadas à textura do solo, matéria orgânica do solo e porcentagem de areia, silte e argila no solo (MILLWARD; MERSEY, 1999).
Segundo Williams (1975), os cálculos para a erodibilidade do solo em bacias hidrográficas seguem as seguintes equações:
𝐾 = 0,1317 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎 ∗ 𝑓𝐴𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎−𝑆𝑖𝑙𝑡𝑒∗ 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑂𝑟𝑔 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎𝐹𝑖𝑛𝑎 (4) 𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎 = 0,2 + 0,3. 𝑒[−0,0256𝑚𝑠(1−𝑚𝑠𝑖𝑙𝑡100 )] (5) 𝐴𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 − 𝑠𝑖𝑙𝑡𝑒 = ( 𝑚𝑠𝑖𝑙𝑡 𝑚𝑐 + 𝑚𝑠𝑖𝑙𝑡)0,3 (6) 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑂𝑟𝑔 = [1 − 0,25. 𝑜𝑟𝑔𝐶 𝑜𝑟𝑔𝐶 + 𝑒[3,72−2,95𝑜𝑟𝑔𝐶]] (7) 𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎𝐹𝑖𝑛𝑎 = [1 − 0,7. ( 𝑚𝑠100) 1 − 𝑚𝑠100 + 𝑒[−5,51+22,9.(1+ 𝑚𝑠100) ] (8) Onde:
K = Fator de erodibilidade do solo (ton.h)/(MJ.mm); Areia = Quantidade de areia;
CarbOrg = Quantidade de carbono orgânico; AreiaFina = Quantidade de areia fina; ms = Areia (%);
mc = Argila (%) msilt = Lodo (%);
orgC = Carbono orgânico (%).
2.5.3. Fator topográfico – Fator LS
A intensidade da erosão hídrica é afetada tanto pela distância ao longo da qual se processa o escoamento superficial quanto pela declividade do terreno, representadas na USLE pelos fatores L e S, respectivamente (GALDINO; WEILL, 2011). Para facilitar a aplicação da EUPS, a maioria dos autores que trabalham com esse método recomendam a utilização dos fatores L e S combinados, uma vez que comprimento de rampa e declividade estão diretamente relacionados à topografia (PRADO; NÓBREGA, 2005). Esse fator representa a relação entre as perdas de solo em uma área com declividade e comprimento de encosta quaisquer e as perdas que ocorrem em uma parcela unitária padrão, com 22,1 m de comprimento e 9% de declividade (WISHMEIER e SMITH, 1965 e 1978).
O Fator L pode se caracterizar como a distância do ponto de origem do caimento da água até o ponto em que ela decresce, promovendo o início de uma sedimentação em rupturas de uma vertente junto a vales, ou quando vai de encontro a um canal definido (WISCHMEIER; SMITH, 1978). Esse desempenha influência significativa no processo erosivo, principalmente pela interferência do comprimento da vertente na velocidade de escoamento superficial, e, por conseguinte na intensidade e quantidade de material transportado (PEREIRA, 2014).
O Cálculo do fator “LS”, baseia-se nas seguintes expressões de McCool et al. (1989).
𝐿 = (
22,13)
𝑚
(9)
Em que:
L = Comprimento do declive (adimensional);
= Comprimento da encosta em metros;
O comprimento da encosta, λ, foi definida por Wischemeier e Smith (1965) como a distância do ponto de origem do fluxo superficial até o ponto onde a declividade da encosta decresça o suficiente para que inicie a deposição, ou então que o fluxo se concentre em um canal definido.
Para o cálculo da constante “m” na USLE empregou a metodologia de Foster et al. (1977), cuja expressão é:
𝑚 = 𝛽
(1 + 𝛽) (10)
Onde:
β = Pendente a nível de pixel (deve ser expressa em radianos).
McCool et al. (1989) computou valores de “β” para condições em que o solo é moderadamente susceptível tanto para erosão em sulcos quanto entre sulcos, através da equação:
𝛽 = ( 𝑠𝑒𝑛𝜃0,0896)
[3. (𝑠𝑒𝑛𝜃)0,8+ 0,56] (11)
Em que:
θ = declividade da encosta, em graus.
O fator topográfico desenvolvido para a BH foi calculado através das equações propostas por Desmet e Govers (1996) e Nearing (1997).
𝐿(𝑖,𝑗) =[𝐴(𝑖,𝑗)+ 𝐷
2](𝑚+1)− 𝐴(𝑖,𝑗)𝑚+1]
[𝑥𝑚𝐷(𝑚+2)(22,13)𝑚] (12)
Onde:
Li,j : fator de comprimento de vertente de uma célula com coordenadas (i,j); Ai,j : área de contribuição da célula em coordenadas (i,j) (m²);
x: coeficiente função do aspecto para grade de célula em coordenadas (i,j)
m: coeficiente função da declividade para grade de célula com coordenada (i,j). Sendo que o coeficiente “m” é obtido a partir de determinadas classes de declividade: (a) m = 0,5 se declividade for > 5%; (b) m = 0,4 para intervalo de 3 a 5%; (c) m = 0,3 para intervalo de 1 a 3 % e (d) m = 0,2 para declividade < 1%.
Quando:
𝑡𝑎𝑛𝛽(𝑖,𝑗)< 0,09 𝑆(𝑖,𝑗)= 10,8𝑠𝑒𝑛𝛽(𝑖,𝑗)+ 0,03 (13) 𝑡𝑎𝑛𝛽(𝑖,𝑗)≥ 0,09 𝑆(𝑖,𝑗)= 16,8𝑠𝑒𝑛𝛽(𝑖,𝑗)− 0,5 (14)
Onde:
S = grau de declive (adimensional).
2.5.4. Uso, manejo e práticas conservacionistas – Fator CP
O manejo dos solos e as práticas conservacionistas possuem grande importância para o equilíbrio ambiental. Em áreas que possuem as mesmas condições fisiográficas, quando mantida constante as variáveis influentes na erosão, o manejo pode ser o fator determinante para o desencadeamento dos processos erosivos (PEREIRA, 2014). A cobertura vegetal é um escudo natural que protege o solo (TOMAZONI et al.,2005).
Os valores para C e P estão diretamente relacionados ao uso da terra e cobertura vegetal da área de estudo, podendo variar ao longo dos anos como consequência das mudanças na forma e intensidade de uso do solo (BORGES, 2009). Segundo Stein et al. (1987) é somente necessário que esses fatores sejam trabalhados separadamente quando o objetivo do trabalho é definir formas mais adequadas de produção agrícola para a redução dos impactos gerados sobre o meio físico. As perdas de solo são reguladas de acordo com a capacidade de proteção que cada cultura oferece (TOMAZONI et al.,2005). Nas pequenas e médias propriedades rurais é habitual existir vários tipos de usos do terreno; lavoura, pastagem, eucalipto e etc. Por incidirem lado a lado, há confusão na classificação de imagens de média resolução, em função do problema de pixels misturados (LANZA, 2011).
2.5.5. Hidrossedimentologia
Hidrosedimentologia é o estudo dos processos relacionados à dinâmica da água e dos sedimentos (MENDONÇA, 2013). Segundo Vestena (2008), o Ciclo Hidrosedimentológico envolve o deslocamento, o transporte e o depósito de partículas sólidas presentes na superfície da bacia hidrográfica, sendo este intimamente ligado ao ciclo hidrológico.
Segundo Carvalho (1994), sedimento é a partícula derivada da fragmentação da rocha, por processos físicos ou químicos que é transportada pela água ou pelo vento do lugar de origem aos rios e aos locais de deposição.Os processos responsáveis pela sedimentação são muito complexos, abrangendo erosão, transporte dos sedimentos nos cursos d´água, deposição do sedimento e sua compactação (MENDONÇA, 2013).
O conhecimento sobre a distribuição granulométrica de sedimentos do leito de rios é fundamental para o uso de métodos indiretos de cálculo da descarga sólida total em uma seção transversal de determinado curso d’água, bem como para outros estudos hidrossedimentológicos (LIMA; SILVA; CARVALHO, 2006).
2.5.6. Transporte e depósito de sedimentos
A origem dos sedimentos está relacionada com o ciclo das rochas, é formado a partir de rochas ígneas ou sedimentares que são degradadas pelos processos de intemperismo e transportadas por processos erosivos (CARVALHO et al., 2000). Geralmente são carregados por bacias sedimentares até os rios, que por sua vez realizam várias etapas de transporte e deposição das partículas (GUERRA, 1980). Os rios exercem fundamental papel na definição do modelado do relevo, agindo como receptores e transportadores dos sedimentos provenientes de seu alto curso, que se depositam ao longo de seu trajeto, definindo assim novas feições geomorfológicas e promovendo muitas vezes a construção de ambientes naturais de deposição como as planícies (MAIA; CAVALCANTE, 2004).
Os estudos acerca da descarga sólida dos corpos aquáticos são uma importante ferramenta para a caracterização dos mesmos, uma vez que os sedimentos interferem diretamente na qualidade e quantidade de água, pois, como veículos de transporte de microrganismos, podem conter partículas tóxicas e, sobretudo, intensificar o assoreamento dos rios, evidenciando importantes processos e estágios de degradação do meio ambiente (MARCONDES, 2011).
Guimarães (2009) afirma que os fenômenos relacionados com os sedimentos abrangem a erosão, deslocamento das partículas por enxurradas ou outros meios até os rios, transporte de sedimentos nos cursos d’água, deposição do sedimento na calha dos rios, lagos e reservatórios e sua compactação. O excesso de carga de sedimentos, por outro lado, pode causar impactos ambientais negativos, como depleção do campo de luz subaquático, eutrofização, assoreamento de estuários e perda de habitat e biodiversidade (CARTER, 1995). Além disso, o transporte de sedimentos em suspensão fornece um caminho para o acúmulo de contaminantes nos estuários (SCHOELLHAMER; MUMLEY; LEATHERBARROW, 2007).
A carga de sedimentos ou o calibre de sedimentos podem aumentar devido a mudanças climáticas, mudanças no uso da terra, descarte de rejeitos de minas e ajustes internos de sistemas de drenagem (MEADE, 1996).